腺嘌呤素介导的红豆耐盐性和产量稳定性的生理、生化及组学机制

《Journal of Pineal Research》：Physiological, Biochemical, and Omics Mechanisms Underlying Melatonin-Mediated Salinity Tolerance and Yield Stability in Adzuki Bean

盐胁迫通过抑制光合作用、加剧氧化损伤和打破C-N代谢平衡限制豌豆（Vigna angularis）生长与产量。外源褪黑素（MT）通过增强抗氧化防御（SOD、POD、CAT活性分别提高16.50%、13.19%、14.19%）、调节渗透平衡及促进氮代谢（NR、GS、GOGAT活性提升）缓解盐胁迫伤害，同时协同亚油酸代谢（含量提升35.2%）调控脂信号传导和能量代谢，维持C-N代谢协调性，使产量较盐胁迫组平均提升10.51%-11.75%。基于转录组-代谢组整合分析，MT显著激活脂肪酸代谢、氨基酸代谢及糖代谢相关基因（INV、HK、GPI、scrK表达量提升31.2%-45.7%），为盐胁迫下作物生理调控提供新策略。

　　

摘要

盐度胁迫是一种关键的非生物因素，通过抑制光合作用、加剧氧化损伤以及破坏碳（C）和氮（N）代谢的平衡来限制豆类作物的生长和产量。本研究旨在阐明外源性褪黑素（MT）通过何种生理调节机制缓解盐度胁迫下红小豆（Vigna angularis L.）的生长抑制和产量损失。实验在连续三年（2023–2025年）进行，设置了四种处理组：对照组（CK）、对照组+褪黑素（CKM）、盐度胁迫组（SW）以及盐度胁迫+褪黑素组（SM）。对产量形成、生理和生化反应以及整合的转录组-代谢组调控网络进行了系统分析。结果表明，盐度胁迫使红小豆的产量在三年中分别减少了25.38%、37.37%和36.46%。与SW处理组相比，SM处理组的产量分别增加了10.51%、6.61%和11.75%。在生理层面上，SM处理组的净光合速率（$$）增加了5.38%，叶面积指数（LAI）增加了12.48%。此外，褪黑素显著增强了植物的抗氧化防御系统，SM处理组中SOD、POD和CAT的活性分别增加了16.50%、13.19%和14.19%。褪黑素还促进了氮的吸收和碳的代谢，NR、GS和GOGAT的活性增加了23.13%，同时相关于蔗糖代谢的酶活性也得到了增强。整合的转录组和代谢组分析显示，褪黑素显著激活了亚油酸代谢、花生四烯酸代谢以及淀粉和蔗糖代谢途径。与SW处理组相比，SM处理组中的亚油酸和花生四烯酸含量分别增加了35.2%和27.6%。同时，关键碳代谢基因（包括INV、HK、GPI和scrK）的活性显著上调了31.2%–45.7%，促进了碳流的重新分配并维持了碳-氮代谢的稳态。代谢物补充实验进一步证实了亚油酸能够增强抗氧化能力，其与褪黑素的协同应用进一步促进了植物生长。总之，外源性褪黑素通过增强抗氧化防御、调节渗透压平衡以及促进氮的吸收和运输，缓解了盐度胁迫引起的氧化损伤和代谢紊乱。此外，褪黑素与亚油酸协同调节脂质信号传导和能量代谢，从而维持了碳-氮代谢的协调性，并稳定了红小豆的产量。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

数据可应要求提供。